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| 版本號 | 時(shí)間 |
|---|---|
| V1.0 | 2017.09.06 |
前言
只要是做圖片的或者與圖片相關(guān)的，那么圖片的格式就是一個(gè)不可以繞過的問題疏旨，我們見過很多的圖片格式很魂，但是具體不同的圖片格式是如何定義的，又具有什么特點(diǎn)檐涝，很多時(shí)候我們都沒有深入研究過遏匆，下面我們就開始深入研究。感興趣的可以看我上面這篇谁榜。
1. PNG幅聘、JPEG、BMP等幾種圖片格式詳解（一）—— PNG
JPEG
以下部分內(nèi)容來自百度百科惰爬，還會(huì)有一部分是自己的見解喊暖，我寫這篇文章的目的是既讓大家可以了解百度上已有的知識惫企，但是不用再去找百度撕瞧，還有就是可以看到我關(guān)于這種圖片格式的深層次的了解，看完這篇狞尔，包括我在內(nèi)丛版，會(huì)感覺到即使很小很小的一個(gè)知識點(diǎn)，深入以后都是非常深的偏序，底層和深層次原理是我的最愛页畦，這也是我寫博客的初衷和目的。
基本介紹
JPEG 是Joint Photographic Experts Group（聯(lián)合圖像專家小組）的縮寫研儒，是第一個(gè)國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)豫缨。JPEG圖像壓縮算法能夠在提供良好的壓縮性能的同時(shí)，具有比較好的重建質(zhì)量端朵，被廣泛應(yīng)用于圖像好芭、視頻處理領(lǐng)域。人們?nèi)粘Ｅ龅降?code>“.jpeg”冲呢、‘’.jpg“等指代的是圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮編碼后在媒體上的封存形式舍败，不能與JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)混為一談。
JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)領(lǐng)導(dǎo)之下制定靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的委員會(huì)敬拓，第一套國際靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)ISO 10918-1(JPEG)就是該委員會(huì)制定的邻薯。由于JPEG優(yōu)良的品質(zhì)，使他在短短幾年內(nèi)獲得了成功乘凸，被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域厕诡，網(wǎng)站上80%的圖像都采用了JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。
JPEG本身只有描述如何將一個(gè)影像轉(zhuǎn)換為字節(jié)的數(shù)據(jù)串流（streaming）营勤，但并沒有說明這些字節(jié)如何在任何特定的儲(chǔ)存媒體上被封存起來灵嫌。.jpeg/.jpg是最常用的圖像文件格式信柿，由一個(gè)軟件開發(fā)聯(lián)合會(huì)組織制定，是一種有損壓縮格式醒第，能夠?qū)?a target="_blank" rel="nofollow">圖像壓縮在很小的儲(chǔ)存空間渔嚷，圖像中重復(fù)或不重要的資料會(huì)被丟失，因此容易造成圖像數(shù)據(jù)的損傷稠曼。尤其是使用過高的壓縮比例形病，將使最終解壓縮后恢復(fù)的圖像質(zhì)量明顯降低，如果追求高品質(zhì)圖像霞幅，不宜采用過高壓縮比例漠吻。但是JPEG壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像數(shù)據(jù)司恳，在獲得極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像途乃，換句話說，就是可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像品質(zhì)扔傅。而且 JPEG是一種很靈活的格式耍共，具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，允許用不同的壓縮比例對文件進(jìn)行壓縮猎塞，支持多種壓縮級別试读，壓縮比率通常在10：1到40：1之間，壓縮比越大荠耽，品質(zhì)就越低钩骇；相反地，品質(zhì)就越高铝量。比如可以把1．37Mb的BMP位圖文件壓縮至20．3KB倘屹。當(dāng)然也可以在圖像質(zhì)量和文件尺寸之間找到平衡點(diǎn)。JPEG格式壓縮的主要是高頻信息慢叨，對色彩的信息保留較好纽匙，適合應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，可減少圖像的傳輸時(shí)間插爹，可以支持24bit真彩色哄辣，也普遍應(yīng)用于需要連續(xù)色調(diào)的圖像。
詳細(xì)介紹
JPEG是第一個(gè)國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)赠尾，用于連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像（即包括灰度圖像和彩色圖像）
力穗。JPEG是聯(lián)合圖像專家組（Joint Photographic Experts Group）的縮寫，這個(gè)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)是國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union气嫁，ITU）当窗、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）和國際電工委員會(huì)（International Electrotechnical Commission寸宵，IEC）合作努力的成果崖面。JPEG標(biāo)準(zhǔn)正式地稱為ISO/IEC IS（國際標(biāo)準(zhǔn)）10918-1：連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像數(shù)字壓縮和編碼（Digital Compression and Coding of Continuous-tone Still Images）和ITU-T建議T.81元咙。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目的在于支持用于大多數(shù)連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像壓縮的各種各樣的應(yīng)用，這些圖像可以是任何一個(gè)色彩空間巫员，用戶可以調(diào)整壓縮比庶香，并能達(dá)到或者接近技術(shù)領(lǐng)域中領(lǐng)先的壓縮性能，且具有良好的重建質(zhì)量简识。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)目標(biāo)是對普遍實(shí)際的應(yīng)用提供易處理的計(jì)算復(fù)雜度赶掖。
在 Photoshop軟件中以JPEG格式儲(chǔ)存時(shí)，提供11級壓縮級別七扰，以0—10級表示奢赂。其中0級壓縮比最高，圖像品質(zhì)最差颈走。即使采用細(xì)節(jié)幾乎無損的10 級質(zhì)量保存時(shí)膳灶，壓縮比也可達(dá) 5：1。以BMP格式保存時(shí)得到4．28MB圖像文件立由，在采用JPG格式保存時(shí)轧钓，其文件僅為178KB，壓縮比達(dá)到24：1拆吆。經(jīng)過多次比較聋迎，采用第8級壓縮為存儲(chǔ)空間與圖像質(zhì)量兼得的最佳比例脂矫。
然而枣耀，JPEG靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn),中端和高端比特速率上的良好的速率畸變特性，但在低比特率范圍內(nèi)庭再，將會(huì)出現(xiàn)很明顯的方塊效應(yīng)捞奕，其質(zhì)量變得不可接受。JPEG不能在單一碼流中提供有損和無損壓縮拄轻，并且不能支持大于64×64 K的圖像壓縮颅围。同時(shí)，盡管當(dāng)前的JPEG標(biāo)準(zhǔn)具有重新啟動(dòng)間隔的規(guī)定恨搓，但當(dāng)碰到比特差錯(cuò)時(shí)圖像質(zhì)量將受到嚴(yán)重的損壞院促。
針對這些問題，自1997年3月起斧抱，JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)開始著手制定新一代的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)以解決上述問題常拓。2000年3月的東京會(huì)議，確定了彩色靜態(tài)圖像的新一代編碼方式JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的編碼算法辉浦。
JPEG2000作為JPEG的升級版弄抬，其壓縮率比JPEG高約30%左右，同時(shí)支持有損和無損壓縮宪郊。JPEG2000格式有一個(gè)極其重要的特征在于它能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)傳輸掂恕，即先傳輸圖像的輪廓拖陆，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量懊亡，讓圖像由朦朧到清晰顯示依啰。此外，JPEG2000還支持所謂的"感興趣區(qū)域" 特性店枣，可以任意指定影像上感興趣區(qū)域的壓縮質(zhì)量孔飒，還可以選擇指定的部分先解壓縮。在有些情況下艰争，圖像中只有一小塊區(qū)域?qū)τ脩羰怯杏玫幕得椋瑢@些區(qū)域，采用低壓縮比甩卓，而感興趣區(qū) 域之外采用高壓縮比鸠匀，在保證不丟失重要信息的同時(shí)，又能有效地壓縮數(shù)據(jù)量逾柿，這就是基于感興趣區(qū)域的編碼方案所采取的壓縮策略缀棍。其優(yōu)點(diǎn)在于它結(jié)合了接收方對壓縮的主觀需求，實(shí)現(xiàn)了交互式壓縮机错。而接收方隨著觀察爬范，常常會(huì)有新的要求，可能對新的區(qū)域感興趣弱匪，也可能希望某一區(qū)域更清晰些青瀑。
JPEG2000和JPEG相比優(yōu)勢明顯，從無損壓縮到有損壓縮可以兼容萧诫，而JPEG不行斥难，JPEG的有損壓縮和無損壓縮是完全不同的兩種方法。JPEG2000即可應(yīng)用于傳統(tǒng)的JPEG市場帘饶，如掃描儀哑诊、數(shù)碼相機(jī)等，又可應(yīng)用于新興領(lǐng)域及刻，如網(wǎng)路傳輸镀裤、無線通訊等等。
注意：JPEG標(biāo)準(zhǔn)不指定任何固有的文件格式缴饭。它只定義壓縮比特流的語法暑劝。這就產(chǎn)生了一定數(shù)量的文件格式來存儲(chǔ)JPEG壓縮后的圖像，例如JPEG文件交換格式（JPEG File Interchange Format茴扁，JFIF）铃岔，JPEG推廣到TIFF6.0、FlashPix等。但它們中的每一個(gè)都不能認(rèn)為是由國際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)支持的正式定義的國際標(biāo)準(zhǔn)毁习。
1. 部分JPEG標(biāo)準(zhǔn)
- ⑴核心圖像編碼系統(tǒng)[3]
智嚷，為JPEG2000指定了基本的特征集合和碼流語法。 - ⑵擴(kuò)充(給⑴的核心定義添加更多的特征和完善度)纺且。
- ⑶運(yùn)動(dòng)JPEG2000指定了文件格式(MJ2)盏道，它包含用于動(dòng)態(tài)視頻的具有JPEG2000核心編碼算法的圖像序列編碼。
- ⑷
ISO/IEC15444-4：2002载碌。它指定了使用第一部分的JPEG2000用于編碼/解碼一致性測試枷畏。 - ⑸參考軟件 (包含Java和C實(shí)現(xiàn))伐债。在這一部分中峭弟，提供了兩個(gè)軟件源包(使用Java和C編程語言)用于測試和開發(fā)商對于JPEG2000系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的有效性檢驗(yàn)好渠。
- ⑹復(fù)合圖像文件格式(用于文件掃描和傳真應(yīng)用程序)指定了其他文件格式(JPM)用于存儲(chǔ)復(fù)合圖像。
ITU-TT.441ISO 16485多層混合光柵內(nèi)容（mixed raster content步咪，MRC）模型用于表示在第6部分的JPEG2000復(fù)合圖像论皆。 - ⑺對⑴的最小支持(技術(shù)報(bào)告)【已摒棄】。
- ⑻安全JPEG2000(JPSEC)猾漫。這一部分設(shè)計(jì)了用于JPEG2000應(yīng)用的安全方面点晴，例如加密、數(shù)字水印等悯周。
- ⑼交互工具粒督、API和協(xié)議(JPIP)。這一部分定義了一個(gè)交互式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議禽翼，并且它指定了用于JPEG2000圖像和相關(guān)元數(shù)據(jù)高效的交換工具屠橄。
- ⑽3D和浮點(diǎn)數(shù)據(jù)(JP3D)。這一部分開發(fā)與三維數(shù)據(jù)有關(guān)的內(nèi)容捐康，以3D醫(yī)療圖像重建作為例子仇矾。
- ⑾無線(JPWL)。這一部分開發(fā)了用于無線多媒體的應(yīng)用解总。主要涉及用JPEG2000在易出錯(cuò)的無線網(wǎng)環(huán)境中JPWL的差錯(cuò)保護(hù)、檢測和修正姐仅。
- ⑿對MPEG-4花枫，ISO基本媒介文件格式
（media file format）具有共同的文本ISO/IEC 14496-12。
截止于2007年掏膏，⑴為完全被認(rèn)可的ISO標(biāo)準(zhǔn)劳翰，定義了核心壓縮技術(shù)和最小文件格式，⑵～⑹定義壓縮和文件格式的擴(kuò)充馒疹。其中佳簸，⑺已摒棄。⑻~仍在發(fā)展之中
技術(shù)概括
在計(jì)算機(jī)處理中，JPEG是一種廣泛適用的壓縮圖像標(biāo)準(zhǔn)方式生均。JPEG就是「聯(lián)合圖像專家組」（JointPhotographicExpertsGroup）的首字母縮寫听想。采用這種壓縮格式的文件一般就稱為JPEG；此類文件的一般擴(kuò)展名有：.jpeg马胧、.jfif汉买、.jpg或.jpe，其中在主流平臺最常見的是.jpg佩脊。JPEG只描述一副圖像如何轉(zhuǎn)換成一組數(shù)據(jù)流蛙粘，而不論這些字節(jié)存儲(chǔ)在何種介質(zhì)上。由獨(dú)立JPEG組創(chuàng)立的另一個(gè)進(jìn)階標(biāo)準(zhǔn)威彰，JFIF（JPEGFileInterchangeFormat出牧，JPEG文件交換格式）則描述JPEG數(shù)據(jù)流如何生成適于電腦存儲(chǔ)或傳送的圖像。在一般應(yīng)用中歇盼，我們從數(shù)碼相機(jī)等來源獲得的“JPEG文件”崔列，指的就是JFIF文件，有時(shí)是ExifJPEG文件旺遮。
JPEG/JFIF是互聯(lián)網(wǎng)上最常見的圖像存儲(chǔ)和傳送格式赵讯。但此格式不適合用來繪制線條、文字或圖標(biāo)耿眉，因?yàn)樗膲嚎s方式對這幾種圖片損壞嚴(yán)重边翼。PNG和GIF文件更適合以上幾種圖片。不過GIF每像素只支持8bits色深鸣剪，不適合色彩豐富的照片组底，但PNG格式就能提供JPEG同等甚至更多的圖像細(xì)節(jié)。
JPEG（發(fā)音為/jay-peg/）是一種針對相片影像而廣泛使用的一種失真壓縮標(biāo)準(zhǔn)方法筐骇。使用這種壓縮的檔案格式一般也被稱為JPEG债鸡；雖然在所有平臺上.jpg是最普遍的，但是針對這種格式一般的擴(kuò)展名是.jpeg铛纬、.jfif厌均、.jpg、.JPG告唆、或是.JPE棺弊。
這個(gè)名稱代表JointPhotographicExpertsGroup（聯(lián)合圖像專家小組）。一個(gè)由獨(dú)立JPEG小組（IndependentJPEGGroup）所建立的額外標(biāo)準(zhǔn)擒悬，稱為JFIF（JPEGFileInterchangeFormat模她，JPEG檔案交換格式）詳細(xì)說明如何從一個(gè)JPEG串流，產(chǎn)出一個(gè)適合于電腦儲(chǔ)存和傳輸（像是在因特網(wǎng)上）的檔案懂牧。在普遍的用法侈净，當(dāng)有人稱呼一個(gè)"JPEG檔案"，一般而言他是意指一個(gè)JFIF檔案，或有時(shí)候是一個(gè)ExifJPEG檔案畜侦。然而元扔，也有其他以JPEG為基礎(chǔ)的檔案格式，像是JNG夏伊。JPEG/JFIF是最普遍在萬維網(wǎng)（WorldWideWeb）上被用來儲(chǔ)存和傳輸照片的格式摇展。它并不適合于線條繪圖（drawing）和其他文字或圖示（iconic）的圖形，因?yàn)樗膲嚎s方法用在這些圖形的型態(tài)上溺忧，會(huì)得到不適當(dāng)?shù)?a target="_blank" rel="nofollow">結(jié)果（PNG和GIF格式通常是用來針對這種目的之圖形咏连；GIF每一像素只有8位元，并不很適合于用在彩色照片鲁森，PNG可以被用來無失真地儲(chǔ)存照片祟滴，但是檔案太大讓它不適合在網(wǎng)頁上放照片）。
在ISO公布的JPEG標(biāo)準(zhǔn)方案中歌溉，包含了兩種壓縮方式垄懂。一種是基于DCT變換的有損壓縮編碼方式，它包含了基本功能和擴(kuò)展系統(tǒng)兩部分：一種是基于空間DPCM（差分脈沖編碼調(diào)制痛垛，是預(yù)測編碼的一種）方法的無損壓縮編碼方式草慧。
特點(diǎn)
-
優(yōu)點(diǎn)：攝影作品或?qū)憣?shí)作品支持高級壓縮。
- 利用可變的壓縮比可以控制文件大小匙头。
- 支持交錯(cuò)（對于漸近式JPEG文件）漫谷。
- 廣泛支持Internet標(biāo)準(zhǔn)。
-
缺點(diǎn)：有損耗壓縮會(huì)使原始圖片數(shù)據(jù)質(zhì)量下降蹂析。
- 當(dāng)您編輯和重新保存JPEG文件時(shí)舔示，JPEG會(huì)混合原始圖片數(shù)據(jù)的質(zhì)量下降。這種下降是累積性的电抚。
- JPEG不適用于所含顏色很少惕稻、具有大塊顏色相近的區(qū)域或亮度差異十分明顯的較簡單的圖片。
壓縮標(biāo)準(zhǔn)
1. 壓縮操作模式
基于DCT的連續(xù)模式（Sequential DCT-based mode of operation）
1) baseline sequential;
2) extended sequential, Huffman coding, 8-bit sample precision;
3) extended sequential, arithmetic coding, 8-bit sample precision;
4) extended sequential, Huffman coding, 12-bit sample precision;
5) extended sequential, arithmetic coding, 12-bit sample precision.
一次將圖像由左到右蝙叛、由上到下順序處理俺祠。
基于DCT的漸進(jìn)模式（Progressive DCT-based mode of operation）
1) spectral selection only, Huffman coding, 8-bit sample precision;
2) spectral selection only, arithmetic coding, 8-bit sample precision;
3) full progression, Huffman coding, 8-bit sample precision;
4) full progression, arithmetic coding, 8-bit sample precision;
5) spectral selection only, Huffman coding, 12-bit sample precision;
6) spectral selection only, arithmetic coding, 12-bit sample precision;
7) full progression, Huffman coding, 12-bit sample precision;
8) full progression, arithmetic coding, 12-bit sample precision.
當(dāng)圖像傳輸?shù)臅r(shí)間較長時(shí)，可將圖像分?jǐn)?shù)次處理甥温，以從模糊到清晰的方式來傳送圖像（效果類似GIF在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸）锻煌。
無失真模式（Lossless mode of operation）
1) lossless processes with Huffman coding;
2) lossless processes with arithmetic coding.
使用預(yù)測性編碼代替基于DCT的變換，而且在這個(gè)模式中沒有涉及量化姻蚓。
分級模式（Hierarchical mode of operation）
圖像以數(shù)種分辨率來壓縮，其目的是為了讓具有高分辨率的圖像也可以在較低分辨率的設(shè)備上顯示匣沼。
2. JPEG編解碼器
下圖為JPEG基本系統(tǒng)的編解碼器原理圖狰挡，輸入的彩色圖像為Y、U、V三個(gè)分量加叁，JPEG對它們分別進(jìn)行編碼倦沧。
3. 壓縮步驟
由于JPEG的有損壓縮方式（Lossy mode of operation）并不比其他的壓縮方法更優(yōu)秀，
因此我們著重來看它的有損壓縮中最常用的基線JPEG算法(baseline sequential)它匕。以一幅24位彩色圖像為例展融，JPEG的壓縮步驟分為：
顏色轉(zhuǎn)換
JPEG支持圖像采用任何一個(gè)色彩空間，支持1~4個(gè)顏色分量豫柬「嫦＃灰度圖像顏色分量數(shù)為1。RGB烧给、YUV燕偶、YCbCr等擁有3種顏色分量。4種顏色分量的例子是青础嫡、洋紅指么、黃和黑（Cyan，Magenta榴鼎，Yellow伯诬，and Black，CMYK）巫财。為了減少色度通道包含的大量的冗余信息盗似，本例中采用YCbCr色彩空間。首先需要進(jìn)行從RGB到Y(jié)CbCr的色彩空間變換：
Y = 0.299000R + 0.587000G + 0.114000B
Cb = -0.168736R - 0.331264G + 0.500002B
Cr = 0.500000R - 0.418688G - 0.081312B
其中翁涤，Y表示亮度分量桥言，Cb和Cr表示藍(lán)紅色度分量。
DC電平偏移
最初葵礼，在圖像中的像素存儲(chǔ)在無符號的整數(shù)中号阿。對于數(shù)學(xué)計(jì)算，在圖像中任何變換或數(shù)學(xué)計(jì)算開始之前鸳粉，根本上是將這些采樣轉(zhuǎn)換成兩個(gè)補(bǔ)碼表示扔涧。DC電平偏移的目的是保證輸入圖像的采樣有近似地集中在零附近的動(dòng)態(tài)范圍。DC電平偏移執(zhí)行的圖像采樣只通過無符號數(shù)表示届谈。
方法：假設(shè)圖片分量的采樣精度為n枯夜，那么分量中的每個(gè)像素值應(yīng)減去2的(n-1)次冪。
對于圖像而言他的采樣由無符號的整數(shù)表示艰山，例如CT(X光斷層成像)圖像湖雹，動(dòng)態(tài)范圍已經(jīng)集中于零附近，所以不需要DC電平偏移曙搬。
子采樣
色彩空間轉(zhuǎn)換之后摔吏，圖像的大多數(shù)空間信息包含在亮度分量Y中鸽嫂。色度分量Cb和Cr包含大量冗余的顏色信息，所以我們運(yùn)用子采樣較少色度數(shù)據(jù)量以在丟失少量信息的情況下壓縮圖像征讲【菽常基線JPEG常用的子采樣格式為4：2：0，同時(shí)支持4：2：2和4：4：4顏色格式诗箍。
DCT變換
DCT（DiscreteCosineTransform）是將圖像信號在頻率域上進(jìn)行變換癣籽，分離出高頻和低頻信息的處理過程。然后再對圖像的高頻部分（即圖像細(xì)節(jié)）進(jìn)行壓縮滤祖，以達(dá)到壓縮圖像數(shù)據(jù)的目的筷狼。首先將圖像劃分為多個(gè)8*8的矩陣。然后對每一個(gè)矩陣作DCT變換氨距。變換后得到一個(gè)頻率系數(shù)矩陣桑逝，其中的頻率系數(shù)都是浮點(diǎn)數(shù)。
量化
由于在后面編碼過程中使用的碼本都是整數(shù)俏让，因此需要對變換后的頻率系數(shù)進(jìn)行量化楞遏，將之轉(zhuǎn)換為整數(shù)。由于進(jìn)行數(shù)據(jù)量化后首昔，矩陣中的數(shù)據(jù)都是近似值寡喝，和原始圖像數(shù)據(jù)之間有了差異，這一差異是造成圖像壓縮后失真的主要原因勒奇。
在這一過程中预鬓，質(zhì)量因子的選取至為重要。值選得過大赊颠，可以大幅度提高壓縮比格二，但是圖像質(zhì)量就比較差；反之竣蹦，質(zhì)量因子越卸ゲ隆（最小為1），圖像重建質(zhì)量越好痘括，但是壓縮比越低长窄。對此，ISO已經(jīng)制定了一組供JPEG代碼實(shí)現(xiàn)者使用的標(biāo)準(zhǔn)量化值纲菌。
右圖的兩個(gè)量化表的設(shè)計(jì)是根據(jù)由Lohscheller做的心理視覺實(shí)驗(yàn)來確定二維基函數(shù)的可見閾值挠日。
這些表也不適用于各種各樣的圖像，但他們?yōu)榇蠖?位精度自然圖像進(jìn)行亮度和色度采樣提供了合理的翰舌、出色的結(jié)果嚣潜。
編碼
從前面過程我們可以看到，顏色轉(zhuǎn)換完成到編碼之前椅贱，圖像并沒有得到進(jìn)一步的壓縮郑原，DCT變換和量化可以說是為編碼階段做準(zhǔn)備唉韭。
編碼采用兩種機(jī)制：一是0值的行程長度編碼夜涕；二是熵編碼（EntropyCoding）犯犁。
- 之字形排序
（Zig-zag ordering）- 在JPEG中，采用曲徊序列女器，即以矩陣對角線的法線方向作“之”字排列矩陣中的元素酸役。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是使得靠近矩陣左上角、值比較大的元素排列在行程的前面驾胆，而行程的后面所排列的矩陣元素基本上為0值涣澡。
具體示意圖如下所示：
-
使用
RLE對交流系數(shù)(AC)進(jìn)行編碼 -
使用
DPCM對直流系數(shù)(DC)進(jìn)行編碼- DCT系數(shù)量化之后驶俊，通過差分編碼對量化后的DC系數(shù)編碼娶耍。當(dāng)前塊的DC系數(shù)減去前個(gè)塊的DC系數(shù)，然后對其差值進(jìn)行編碼废睦，如右圖所示伺绽。這就利用了鄰接塊DC值之間的空間相關(guān)性。
熵編碼：編碼實(shí)際上是一種基于統(tǒng)計(jì)特性的編碼方法嗜湃。在JPEG中允許采用HUFFMAN編碼或者算術(shù)編碼奈应。而基線JPEG算法
(baseline sequential)采用的是前者。
經(jīng)過RLE編碼的AC系數(shù)可以映射成兩個(gè)標(biāo)志(RUNLENGTH购披，CATEGORY)和(AMPLITUDE)杖挣，前者采用的是霍夫曼編碼，而后者采用的是VLI編碼刚陡。同理經(jīng)過DPCM編碼的DC系數(shù)同樣可以映射成兩個(gè)標(biāo)志（CATEGORY）和(AMPLITUDE)惩妇，前者采用霍夫曼編碼株汉，后者采用VLI編碼。
基線JPEG允許使用4個(gè)霍夫曼表歌殃，兩個(gè)用于AC系數(shù)編碼乔妈，兩個(gè)用于DC系數(shù)編碼。
總體上來說氓皱，如下圖所示路召。
還可以如下表示：
上面的逆過程就是解碼過程。
4. 數(shù)據(jù)壓縮格式
JPEG定義了三種壓縮數(shù)據(jù)格式
- a) 交換格式
（interchange format） - b) 壓縮圖像數(shù)據(jù)的縮略格式
（abbreviated format for compressed image data） - c) 規(guī)范表數(shù)據(jù)的縮略格式
（abbreviated format for table-specification data）
壓縮數(shù)據(jù)規(guī)范的基本內(nèi)容（General aspects of the compressed data formatspecifications）
在結(jié)構(gòu)上波材，壓縮數(shù)據(jù)格式包含一個(gè)由參數(shù)股淡、標(biāo)志和熵編碼數(shù)據(jù)段組成的有序集合。參數(shù)和標(biāo)記往往又形成標(biāo)志段廷区。由于所有這些組成部分是由字節(jié)對齊的代碼表示的唯灵，因此每一個(gè)壓縮數(shù)據(jù)格式由一個(gè)8-bits字節(jié)的有序序列組成。對于每一個(gè)字節(jié)隙轻，都定義了一個(gè)最高有效位(MSB)和一個(gè)最低有效位(LSB)埠帕。
插圖的語法規(guī)定 （Conventions for syntax figures）
為了便于了解JPEG壓縮數(shù)據(jù)流中每一個(gè)frame和scan的內(nèi)容，必須掌握以下語法
- 參數(shù)/標(biāo)記指示符：一個(gè)細(xì)線框包含一個(gè)標(biāo)志或一個(gè)單獨(dú)的參數(shù)大脉；
- 段指示符：一個(gè)粗線框包含一個(gè)標(biāo)志段搞监、一個(gè)熵編碼段或他們的結(jié)合；
- 參數(shù)長度指示符：細(xì)線框的寬度與其包含的參數(shù)或標(biāo)志的位長成正比镰矿。相反琐驴，粗線框的寬度是無意義的；
- 可選的/有條件的指示符：方括號標(biāo)明秤标，在壓縮數(shù)據(jù)中绝淡，當(dāng)前標(biāo)志段或標(biāo)記只是可選的或有條件的。
- 次序：交換格式中苍姜，圖中所示的參數(shù)或標(biāo)志都先于其右邊所示的參數(shù)或標(biāo)志牢酵，并跟在它左邊的參數(shù)后面。
- 熵編碼數(shù)據(jù)指示符：尖括號標(biāo)明衙猪，其包圍的內(nèi)容是已經(jīng)經(jīng)過了熵編碼的馍乙。
參考文章
1. JPEG原理詳細(xì)
2. 百度百科
3. JPEG編碼原理
后記
未完，待續(xù)~~~
